1561-5405 10.24151/1561-5405 Proceedings of Universities. Electronics Scientifical and technical journal "Proceedings of Universities. Electronics" Научно-технический журнал «Известия высших учебных заведений. Электроника» 1561-5405 2587-9960 National Research University of Electronic Technology Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" 10.24151/1561-5405-2018-23-1-23-31621.3.049.76: 621.396.6Технологические процессы и маршрутыModeling of Adhesive-Bonded Joints to Ensure Reliability of Three-Dimensional Microelectronic ModulesМоделирование клеевых соединений для обеспечения надежности трехмерных микроэлектронных модулейПогалов Анатолий ИвановичПогаловАнатолий ИвановичPogalovAnatoly I.Anatoly I. PogalovБлинов Геннадий Андреевич БлиновГеннадий Андреевич AndreevichBlinov GennadiyBlinov Gennadiy AndreevichЧугунов Евгений ЮрьевичЧугуновЕвгений ЮрьевичChugunovEvgeny Yu.Evgeny Yu. ChugunovНациональный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, РоссияНациональный исследовательский университет «МИЭТ», Москва, Россия2331http://ivuz-e.ru/issues/1-_2018/modelirovanie_kleevykh_soedineniy_dlya_obespecheniya_nadezhnosti_trekhmernykh_mikroelektronnykh_modu/http://ivuz-e.ru/download/1_2018_2129.pdf

To ensure the efficiency, durability and reliability of three-dimensional microelectronic modules the engineering calculation of structures, including modeling of the adhesive-bonded joints, the stipulated choice of materials and design solutions, is necessary. The basic tactical and technical requirements for three-dimensional microelectronic modules and the advantages of the application of adhesive materials in the modules designs have been presented. It has been determined that the strength of the structures of three-dimensional microelectronic modules and the performance characteristics of the adhesive-bonded joints depend on many factors. The most important ones are the properties of the adhesive-bonded material, the construction of joints and the operating conditions. The types of loads affecting the modules in the operation process and their effect upon the structures have been considered. It has been shown that the non-uniform loads, such as peeling and bending, are the most dangerous types of loading for adhesive-bonded joints of the modules. It has been determined that when peeling, a high concentration of the edge stresses arises, leading to the destruction of compounds, and when bending, the concentration of normal and tangential stresses along the length of the adhesive-bonded joints is noted. The analysis of the assortment of adhesive materials, applicable for assembly of the modules has been executed. The choice of adhesive materials has been made with taking to account the main design and technological limitations and the requirements for the adhesive-bonded joints. The modeling of the module designs has been performed and the effect of physical, mechanical and thermal properties of the adhesive-bonded joints and the strength of products when subjected to the inertial loads with an acceleration of 100 g and heated to 40 °C has been determined. It has been stated that the stress values depend on the elastic properties of the adhesive-bonded joints, the nature and value of the effect upon them and are determined by mechanical strength and rigidity of the adhesive material. The recommendations on the design of the adhesive-bonded joints of three-dimensional microelectronic modules have been given. The obtained results have shown that the stresses depend on elastic properties of the adhesive-bonded joints, the nature and value of the effect upon them, and are determined by mechanical strength and rigidity of the adhesive material. To reduce the stresses it is necessary to use more rigid construction materials, and the adhesive-bonded materials must be chosen based on the conditions of the microelectronic module operation.

Для обеспечения работоспособности, долговечности и надежности микроэлектронных модулей в трехмерном исполнении необходим инженерный расчет конструкций, включающий моделирование клеевых соединений, обоснованный выбор материалов и конструктивных решений. Изложены основные тактико-технические требования к трехмерным микроэлектронным модулям и преимущества применения клеевых материалов в конструкциях модулей. Установлено, что прочность конструкций трехмерных микроэлектронных модулей и эксплуатационные характеристики клеевых соединений зависят от многих факторов. Наиболее значимые из них: свойства клеевого материала, конструкция соединений, условия эксплуатации. Рассмотрены виды нагрузок, которые испытывают модули в процессе эксплуатации, и их влияние на прочность конструкций. Показано, что неравномерные нагрузки, такие как отдир и изгиб, являются наиболее опасными видами нагружения для клеевых соединений модулей. Установлено, что при отдире возникает высокая концентрация краевых напряжений, приводящая к разрушению соединений, а при изгибе отмечается концентрация нормальных и касательных напряжений по длине клеевых швов. Выполнен анализ клеевых материалов, применяемых для сборки модулей. Осуществлен выбор клеевых материалов с учетом основных конструктивно-технологических ограничений и требований к клеевым соединениям. Проведено моделирование конструкций модулей и определено влияние физико-механических и теплофизических свойств клеевых материалов на напряжения в клеевых соединениях и прочность изделий при воздействии инерционных нагрузок с ускорением 1000 g и нагреве на 40 °С. Даны рекомендации по моделированию клеевых соединений трехмерных микроэлектронных модулей. Полученные результаты показали, что напряжения зависят от упругих свойств клеевых соединений, характера и величины воздействия на них и определяются механической прочностью и жесткостью клеевого материала. Для снижения напряжений необходимо использовать более жесткие конструкционные материалы, а клеевые материалы выбирать исходя из условий эксплуатации микроэлектронных модулей.

трехмерный микроэлектронный модульклеевые соединенияпрочность многослойных клеевых конструкцийнапряженно-деформиро-ванное состояние материаловметод конечных элементов Гуськов Г.Я., Блинов Г.А., Газаров А.А. Монтаж микроэлектронной аппаратуры. – М.: Радио и связь, 1986. – 176 с.Грушевский А.М. Сборка и монтаж многокристальных микромодулей: учеб. посо-бие / Под ред. Л.А.Коледова. – М.: МИЭТ, 2003. – 196 с.Погалов А.И., Блинов Г.А., Чугунов Е.Ю. Напряженно-деформированное состояние и тепловой режим многослойных клеевых соединений многокристальных микромодулей // Конструкции из композиционных материалов. – 2013. – № 2. – С. 18–22.Development of high throughput adhesive bonding scheme by wafer-level underfill for 3D die-to-interposer stacking with 30µm-pitch micro interconnections / Y. Huang, C. Fan, Y. Lin et al. // IEEE 65th Electronic Components and Technology Conference. – 2015.– P. 490¬¬–495.Вильнав Ж.-Ж. Клеевые соединения. – М.: Техносфера, 2007. – 384 с.Кузнецов О.А., Погалов А.И., Сергеев В.С. Прочность элементов микроэлектронной аппаратуры. – М.: Радио и связь, 1990. – 144 с.Погалов А. И., Блинов Г.А., Чугунов Е.Ю. Конструктивная прочность и тепловой режим многокристальных модулей // Изв. вузов. Электроника. – 2017. – Т. 22. – № 1. – С. 50–56.Codecasa L., d’Alessandro V., Magnani A., Rinaldi N. Fast nonlinear dynamic compact thermal modeling with multiple heat sources in ultra-thin chip stacking technology // IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology. – 2017. – Vol. 7.– Iss.1.– P. 58–69.Gupta S., Shukla D., Bharti A. Effect of alumina nanoparticles on shear strength of epoxy adhesive: experimental and finite element analysis // International Conference on Advanc-es in Mechanical, Industrial, Automation and Management Systems. – 2017.– P. 307–313.Феодосьев В.И. Сопротивление материалов: учеб. для вузов. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. – 592 с.Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3-х т. Т.3. / Под ред. И.И. Жестковой. – М.: Машиностроение, 2006. – 928 с.